Астероїдний апокаліпсис: наскільки великим має бути метеорит, щоб знищити людство?

Декілька днів тому, у рамках перевірки планетарної оборони, зонда NASA DART зіткнувся з астероїдом Діморфосом. Перше в історії людства експеримент пройшов успішно, але що як захисту не буде чи він не впорається? Переклали цікаву статтю зі space.com з цього приводу. 

Люди загадують бажання, коли падають зірки. Це яскраве видовище – результат згоряння космічного каміння в атмосфері Землі. Але якщо до нас наближатиметься величезний метеорит, більшість, швидше за все, загадає бажання опинитись не  поблизу місця його падіння.

Але як зрозуміти, якого розміру має бути астероїд, якого потрібно боятись? Яким він повинен бути, щоб зруйнувати ціле місто чи континент? І чи є ще якість чинники, які збільшують небезпеку?

У космосі існує багато уламків космічних пород. За даними NASA, щодня на Землю падає близько 48,5 тонн (44 метричні тонни) метеоритів. Як правило, вони не більше за піщинку та згоряють одразу після входу в атмосферу Землі. Інститут планетарних наук  підрахував, що, щоб на землю впав камінець розміром з гальку, космічне каміння має бути принаймні 16 футів (5 метрів) в ширину, коли воно досягло атмосфери Землі. 

Однак таке відбувається нечасто. За даними NASA, метеорит розміром з автомобіль стикається з нашою планетою приблизно раз на рік. А камінь розміром з футбольне поле наближається до нашої планети приблизно раз на 2000 років. Але якщо це станеться, які наслідки будуть для нас?

Тут ми розглянемо кілька прикладів, щоб зрозуміти, що можна очікувати. 

1. Челябінськ: ширина 20 метрів, розмір тенісного корту

Вогняна куля з’явилася у небі поблизу міста Челябінськ у лютому 2013 року. Вона ставала все яскравішою і зрештою вибухнула на висоті приблизно 30 км над землею. Вибух вивільнив у 10 раз більше енергії, ніж ядерна бомба, скинута на Хіросіму наприкінці Другої світової. Ударна хвиля розбила вікна на тисячах будівель і навіть зруйнувала дах місцевого цинкового заводу. Понад 1400 осіб отримали поранення. Пізніше в озері поблизу знайшли величезний шматок вагою понад 500 кг і кілька трохи менших.

Гарет Коллінз, професор планетарології в Імперському коледжі Лондона, запевнив Space.com, що космічний камінь розміром з Челябінський метеорит ще не привід боятись.

«Так, було багато поранених і досить значні руйнування, але це не була якась надзвичайна загроза життю», – зазначив вчений. «Метеорит прилетів під досить невеликим кутом, тому вибухнув на значній висоті. Було б гірше, якби він увійшов в атмосферу з крутішою траєкторією».

2. Тунгуська: 50 метрів завширшки, розмір з олімпійський басейн

У 1908 році великий астероїд вибухнув над Східним Сибіром поблизу річки Тунгуска. Вважають, що він мав ширину 50-60 метрів. Цей вибух знищив 80 мільйонів дерев на площі 2150 квадратних кілометрів. Очевидці писали про тепловий удар, про підземні поштовхи та вибухову хвилю, що підкидала людей у повітря. Коллінз зазначає, що, хоча цей астероїд був трохи більше, ніж удвічі ширший за Челябінський, він вивільнив набагато більше енергії, коли вибухнув. Це пов’язано з тим, що він був вдесятеро масивнішим. Кратер так і не знайшли, а пошкодження були не надто значними через віддаленість району від житла людей. 

Проте, якби астероїд такого ж розміру вибухнув над Лондоном чи Нью-Йорком, шкоди було б значно більше. Коллінз і його команда створили онлайн-інструмент, що дозволяє дослідникам і представникам громадськості досліджувати вплив астероїдів у різних частинах світу, змінюючи основні параметри: розмір астероїда, матеріал каменю та його швидкість. Наприклад, якби астероїд розміром з Тунгуску впав на місто Лондон, руйнування б зазнали навіть найвіддаленіші передмістя міста. Попадали б дерева та огорожі, розбилось би скло у вікнах, частина дахів і навіть деяких будівель була б зруйнована. Мости та хмарочоси швидше за все, постраждали б не надто сильно. 

Пошкодження були б серйознішими, якби астероїд складався з щільнішого матеріалу, багатого металом, а не з каменю (як Тунгуска). «Метеоритний кратер в Арізоні, ймовірно, був створений астероїдом такого ж розміру, як Тунгуска”, – сказав Коллінз. «Але оскільки [астероїд] був зроблений із заліза, він зміг пройти через атмосферу, вдаритися об землю та утворити кратер шириною в 1,6 км».

3. Астероїд шириною 100 метрів, розмір з футбольне поле

Чим більше астероїд, тим більше шкоди він завдає. Якби він був понад 100 метрів завширшки, він утворив би кратер незалежно від того, з чого він складається. Вибухова хвиля б також би була б значно згубнішою, бо він би вивільнив більшу частину ближче до землі. 

«Астероїд випарувався б настільки близько до землі, що це б спричинило сильне нагрівання», – сказав Коллінз. «Цього може бути достатньо, щоб розтопити землю і викликати пожежі в найближчій до вибуху зоні».

Вибух зруйнував би будівлі на відстані до 15 км, а вікна розбилися б на відстані понад 100 км. Що ще гірше, коли частково згорілий камінь вдаряється об землю, це провокує сейсмічні поштовхи, які спричинять руйнування ще далі від епіцентру. Уламки падали б на землю за милі від місця зіткнення, а дрібний пил і бруд так і висів би у повітрі.

4. Ширина 160 метрів: що, якби «Діморфос» впав би на Землю?

Діморфос, ціль місії NASA DART, що руйнує астероїди, поки не прямує до нашої планети. Але що сталося б, якби до нас підкрався такий великий камінь, як Діморфос?

«Якщо [астероїд такого розміру, як Діморфос] впаде на місто Лондон, вікна розібються на всьому південному сході Англії, і шкода в районі [Великого Лондону] буде дуже сильною», – сказав Коллінз. «У центрі Лондона не залишиться живих через сам удар і потужність вибуху».

Кратер, який утворився б в результаті удару, мав би більш як 1,6 км в ширину і понад 370 метрів у глибину. Проте, за словами Коллінза, ймовірність падіння будь-якого космічного каменю на густонаселену територію надзвичайно низька. Оскільки 70% Землі вкрито океанами, люди можуть і не постраждати.

«Якби астероїд впав в океан, він створив би дуже великі цунамі», – розповідає Коллінз. «Але якби це сталося далеко в океані, хвилі значно зменшились би, перш ніж досягти узбережжя».

Однак інша картина буде, якщо це трапиться поблизу берега. «Це спричинить хвилю цунамі, яка принесе багато шкоди», – стверджує вчений.

Хоча астероїди такого розміру трапляються рідко, астрономи підрахували, що 60% астероїдів біля Землі розміром понад 140 метрів досі невідомі.

5. 780 метрів в ширину, розмір Дідімоса

А як щодо Дідімоса завширшки 780 м? Ось це вже величезна небезпека для людства. Згідно з моделюванням Коллінза, при зіткненні такий астероїд утворив би кратер шириною понад 11 км і глибиною понад 619 м. Підземні поштовхи магнітудою 7,4 бала за шкалою Ріхтера поширюватимуться земною корою і їх можна буде відчути на відстані 500 км від місця зіткнення. Усі вікна були б розбиті на відстані понад 1600 км від місця зіткнення. Якби це трапилось над Лондоном, у Франції та Нідерландах також вилетіли б вікна.

Хороша новина полягає в тому, що чим таких великих астероїдів значно менше. Крім того, астрономи вважають, що всі навколоземні камені (і комети) розміром понад 0,6 милі (1 км) уже знайдені, і жодний з них поки що не прямує до Землі.

Що визначає наслідки падіння астероїда?

Те, наскільки руйнівними будуть наслідки, визначають декілька факторів. Найважливіше – це маса та швидкість, з якою астероїд проноситься крізь атмосферу Землі перед тим, як розпадеться або вдариться об землю. Точне рівняння для кількості енергії, яку виділяє вибух астероїда, — це його маса, помножена на квадрат його швидкості. Але не лише це впливає на масштаби руйнування. Розглянемо найважливіші фактори.

1. Маса астероїда

Астрономи найчастіше описують астероїди за їх розміром, але те, що важливо насправді – це маса (об’єм астероїда, помножений на його щільність). Припускають, що існують досить значні відмінності в щільності різних типів астероїдів. Багаті вуглецем астероїди, (найпоширеніший тип), можуть мати щільність менше ніж 1,4 грама на квадратний сантиметр. Деякі можуть бути навіть менш щільними. Кам’янисті астероїди, багаті кремнієм, можуть бути вдвічі щільнішими за вуглецеві, тоді як астероїди, багаті рідкісними металами, можуть мати щільність понад 5,3 г/см^3. Це означає, що круглий космічний камінь шириною 20 метрів мав би масу 6459 тонн (5860 метричних тонн), якби це був вуглецевий астероїд, 12458 тонн (11302 метричні тонни), якби це був кам’янистий астероїд, багатий кремнієм, і 24 455 тонн (22 186 метричних тонн), якщо у його складі переважав би метал. Для порівняння, місячна ракета NASA Space Launch System важить близько 2750 тонн (2495 метричних тонн).

Чим щільніший астероїд, тим більша ймовірність, що він переживе проходження крізь атмосферу та долетить до землі та створить кратер.

2. Швидкість астероїда

Астероїди проносяться Сонячною системою з різною швидкістю. Астероїди, що рухаються по більш еліптичних орбітах, прискорюються, коли вони наближаються до сонця, досягаючи більшої швидкості, ніж неквапливі мандрівники на більш круглих орбітах. За словами Коллінза, космічні камені можуть стикатися з атмосферою Землі зі швидкістю від 11 кілометрів на секунду до 40 км/с, причому 20 км/с є середньою швидкістю зіткнення. 

«Чим швидше летить астероїд, тим значнішими будуть руйнації», – зазначає Коллінз.

3. Кут входу в атмосферу

Рівень руйнування також залежатиме від того, де і як астероїд виділяє більшу частину своєї енергії. Це залежатиме від висоти, на якій він вибухне, а це, своєю чергою, залежатиме від кута, під яким він входить в атмосферу.

Якщо астероїд прилітає під досить невеликим кутом, його подорож крізь атмосферу буде довшою, і тому він уповільниться та розряджатиме свою енергію повільніше, ніж якби його шлях був більш перпендикулярним до поверхні Землі. Він, швидше за все, розпадеться вище в атмосфері й тому удар по землі буде менш сильним, хоча він може вплинути на ширшу територію.

«Астероїд, який прилітає під крутішим кутом, гальмується швидше, тому він не встигає віддати частину енергії», – розповідає Коллінз. «Він швидко наближається до землі, а чим ближче до землі джерело вибуху, тим сильнішою буде сила вибухової хвилі, коли вона досягне землі».

4. Куди падає астероїд

За статистикою кожен космічний камінь ймовірніше всього впаде в океан або на якусь малонаселену територію планети. Попри занепокоєння людства щодо перенаселення, більша частина Землі все ще є царством природи. 

За словами Коллінза, океан міг би пом’якшити удари навіть досить великих астероїдів, шириною понад 100 метрів, якщо вони впадуть досить далеко від берега. «Падіння астероїда в океан, це, мабуть, найімовірніший сценарій», – каже він.